Визначення вихідних даних для тягового розрахунку

ТЯГОВИЙ РОЗРАХУНОК АВТОМОБІЛЯ

У курсовій роботі виконують спрощений тяговий розрахунок, який враховує тільки деякі вимоги до тягово-швидкісних властивостей автомобіля, що проектується. Задачами його є попередній вибір швидкісної зовнішньої характеристики двигуна та передаточних чисел трансмісії.

Для виконання тягового розрахунку мають бути відомі транспортне призначення та галузь використання автомобіля, маса вантажу, що перевозиться, та (або) кількість пасажирів; тип кузова; прохідність; загальна кількість мостів і коліс, кількість і розташування ведучих мостів та (або) колісна формула; розташування і розміщення двигуна, тобто загальна схема компонування автомобіля – визначені у попередньому розділі курсової роботи.

У вирази для визначення потужності двигуна і передаточних чисел трансмісії входить ряд параметрів: максимальна швидкість V_max та розрахунковий коефіцієнт опору руху- Ψv, тобто коефіцієнт опору, при якому автомобіль, що проектується, досягає заданої максимальної швидкості - Vmax; максимальне значення коефіцієнту опору руху - Ψ_max, який має долатися на нижчій передачі; повна маса автомобіля - М_а і розподіл навантаження по осях; коефіцієнт корисної дії трансмісії - ηтр, радіуси коліс (кінематичний - r_к та динамічний - r_д), параметри обтічності (безрозмірний коефіцієнт аеродинамічної сили C_х або коефіцієнт обтічності К та лобова площа F).

Радіуси колеса визначають за характеристиками шин з відповідної справ очної літератури. При відсутності справочних даних радіуси можуть бути вирахувані. Динамічний радіус r_д та радіус кочення r_к колеса (вважають, що г_д = г_к) з достатньою точністю визначають з урахуванням коефіцієнта деформації – λ, який залежить від геометричних та конструктивних параметрів шин, навантаження на них та внутрішнього тиску. Для радіальних шин легкових автомобілів – λ = 0,8... 0,85; для вантажних λ = 0,85... 0,9; для низькопрофільних шин - λ = 0,90... 0,93.

Радіус кочення становитиме:

г_к = 0.5 * D + λ * Н, м. (2.26)

де: D – посадочний діаметр ободу в метрах;

λ – коефіцієнт деформації;

Н – висота профілю шини.

Висота профілю шини визначається з позначення розмірності шини:

Н = В*k, м. (2.27)

де:В – ширина профілю шини в метрах;

k – коефіцієнт висоти профілю шини у відношенні до ширини.

2.2.2. Розрахунок необхідної потужності двигуна,

Тяговий розрахунок починають з визначення потужності N_к на ведучих колесах, необхідної для руху з заданою максимальною швидкістю V_max.

Оскільки при русі автомобіля з максимальною швидкістю прискорення дорівнює нулеві, можна, виходячи із потужнісного балансу, записати вираз для визначення N_к,

N_к = N_f + N_п+ N _α (2.28)

де: N_f – потужність необхідна на подолання опору котінню;

N_п – потужність необхідна на подолання опору повітря;

N _α – потужність необхідна на подолання підйому.

Потужність необхідна для подолання опору котінню при русі автомобіля на підйом можна визначити з виразу:

, (2.29)

де: m_а – повна маса автомобіля (автопоїзда)

f0 – коефіцієнт опору котінню по асфальтобетонній дорозі (заданний);

g – прискорення вільного падіння – 9,81 м/с²;

α – кут підйому профілю дороги (у разі задання), в град. (α = arctg і). Враховуючи, що величина ухилу це tg α і при невеликих значеннях, з достатньою для навчальних розрахунків точністю, можемо вважати, що sin α ≈ tg α ≈ і; а cos α ≈ (1,0 – і).

Потужність на подолання опору повітря визначається,

N_п = К_п * F * V³_max, (2.30)

де: К_п – коефіцієнт обтічності автомобіля (для автомобілів з причепами К_п = 1,25 * К);

F – площа лобового опору автомобіля (для автопоїздів з урахуванням габаритів причепу).

Безрозмірний коефіцієнт обтічності - К = 0,5*С_х-ρ_пов (тут ρ_пов - 1,229 г/см³ - густина повітря, С_х - коефіцієнт аеродинамічної сили) можна вважати такими, що залежать лише від конфігурації поверхонь автомобіля, яка значною мірою обумовлює опір форми, від шорсткості поверхонь автомобіля, яка обумовлює опір граничного тертя, та наявності щілин і каналів, які створюють внутрішній опір. Значення цих коефіцієнтів можна наближено прийняти за табл. 2.5.

Таблиця 2.5 - Орієнтовні значення параметрів обтічності автомобіля

Тип автомобіля	Коефіцієнти
Сх	К, Н-с^2/м^4
Легкові автомобілі	0,3...0,6	0,2...0,35
Вантажні автомобілі:	0,9...1,15	0,5...0,7
бортові
з кузовом фургон	0,8...1,0	0,5...0,6
цистерни, автокрани	0,9...1,1	0,55...0,65

Площа лобового опору - F дорівнює площі проекції автомобіля на площину, перпендикулярну його поздовжній осі. Вона може бути визначена за технічною документацією або вирахувана

, м², (2.31)

де: k – коефіцієнт заповнення площі: для легковихавтомобілів – 0,75 – 0,90, для автобусів та вантажних з кузовом фургон – 0,85 – 0,90, для вантажних – 0,75 – 0,85;

В_г та Н_г - відповідно габаритні ширина та висота автомобіля, м.

Потужність на подолання підйому,

N _α = m_а g V_max sin α (2.32)

де: α – кут підйому профілю дороги (у разі задання), в град. (α = arctg і). Враховуючи, що величина ухилу це tg α і при невеликих значеннях, з достатньою для навчальних розрахунків точністю, можемо вважати, що sin α ≈ tg α ≈ і.

Отримана потужність - N_к, це потужність, необхідна для руху автомобіля з заданою максимальною швидкістю, прикладена до ведучих коліс. Максимальну потужність двигуна визначаємо з урахуванням втрат у трансмісії через коефіцієнт корисної дії - ηтр,

Nv_max = N_к / ηтр (2.33)

Коефіцієнт корисної дії (ККД) трансмісії - ηтр, залежить від кількості і властивостей кінематичних пар, які передають механічну енергію від колінчастого вала двигуна до ведучих коліс автомобіля. Його значення для механічних ступінчастих трансмісій можна приймати за табл. 2.6.

Таблиця 2.6 Орієнтовні значення ККД трансмісії автомобіля ηтр

Тип автомобіля	Колісна формула	ηтр
Вантажні автомобілі та автобуси з одинарною головною передачею	4x2	0,90...0,92
Вантажні автомобілі та автобуси з подвійною головною передачею	4x2	0,86...0,88
Вантажні автомобілі та автобуси з подвійною головною передачею	6x4	0,82...0,84
Вантажні автомобілі підвищеної прохідності	4x4	0,82...0,84
6x6	0,78...0,80
Легкові автомобілі та автобуси особливо малого та малого класів	4x2	0,92...0,94
Легкові автомобілі та автобуси особливо малого класу з повним приводом	4x4	0,90...0,92

Якщо на автомобілі, що проектується, встановлено дизельний двигун чи карбюраторний з обмежувачем максимальних обертів, максимальна швидкість руху автомобіля досягається при максимальній частоті обертів колінчатого валу двигуна (ω_max = ω_v), його максимальну потужність приймають,

N_max = (1,1... 1,25) * Nv_max (2.34)

Ця потужність відповідає кутовій швидкості колінчастого вала, при якій швидкість руху автомобіля буде максимальною (ω_v = ω_max = ω_N).

Для побудови швидкісної зовнішньої характеристики двигуна необхідно знати максимальну потужність двигуна N_max та кутову швидкість ω_N, при якій ця потужність досягається.

При проектуванні автомобіля ω_N обирають, орієнтуючись на значення кутової швидкості колінчастого вала, при якій досягається максимальна потужність у сучасних автомобільних двигунів відповідного типу:

- у карбюраторних двигунів легкових автомобілів - ω_N = 450...600 рад/с;

-у карбюраторних двигунів вантажних автомобілів і автобусів - ω_N = 310...330 рад/с;

- у дизелів легкових автомобілів - ω_N = 350...460 рад/с;

- у дизелів вантажних автомобілів та автобусів - ω_N = 220...280 рад/с.

Для легкових бензинових двигунів максимальна частота обертів колінчатого валу - ω_max співвідноситься з частотою при максимальній потужності - ω_N як,

ω_max = 1,2 * ω_N (2.35)

Мінімально стійка кутова швидкість колінчастого вала двигуна, рад/с, приймається, як правило, - (0,15... 0,2) кутової швидкості при максимальній потужності двигуна - ω_N.

Іноді максимальній швидкості відповідає рух не на вищій, а на попередній передачі, - таку передачу називають вищою розрахунковою, а передачу з мінімальним передаточним числом у таких автомобілів використовують для поліпшення паливної економічності.

Тип двигуна для автомобіля, що проектується, обирають, виходячи з визначеної максимальної потужності, призначення автомобіля, умов його експлуатації, паливного балансу та перспективних напрямків розвитку конструкції автомобільних двигунів: підвищення паливної економічності; зменшення токсичності газів, що відпрацювали; зменшення рівня шумності; збільшення питомої потужності; підвищення надійності.

Необхідні для побудови швидкісної зовнішньої характеристики двигуна поточні значення потужності N і, крутного моменту М _i та питомої витрати палива g і можна розрахувати за наближеними емпіричними формулами.

(2.36)

(2.37)

(2.38)

де: a, b, с - емпіричні коефіцієнти (вибирають із табл. 2.7) чи інших джерел;

де: a₁, b₁, с₁ - емпіричні коефіцієнти (вибирають із табл. 2.8) чи інших джерел;

ω i - поточне значення кутової швидкості колінчастого вала, рад/с;

ω_N - значення кутової швидкості колінчастого вала при максимальній потужності двигуна, рад/с

g_n - питома витрата палива двигуном при максимальній потужності, яка становить 330...360 г/(кВт-год) для карбюраторних двигунів та 210...240 г/(кВт-год) для дизелів.

При цьому для карбюраторних двигунів вантажних автомобілів і автобусів та для дизелів вибирають не менше 10... 12 поточних значень кутової швидкості колінчатого валу - ω i в межах від мінімальної до максимальної, яка дорівнює кутовій швидкості колінчастого вала при максимальній потужності.

Для карбюраторних двигунів без обмежувача частоти обертів (встановлюються на легкових автомобілях, вантажних та автобусах невеликої вантажопідйомності) ω_max, як правило, більше за кутову швидкість при максимальній потужності, - не менше 12 значень.

Таблиця 2.7 - Значення коефіцієнтів a, b та с

Коефіцієнт	Тип двигуна
карбюраторний	дизельний
легкового автомобіля та автобуса	вантажного автомобіля	легкового автомобіля	вантажного автомобіля та автобуса
а	0,9	1,0	0,8	0,7
b	1,1	1,0	1,2	1,3
с	1,0	1,0	1,0	1,0

Таблиця 2.8 - Значення коефіцієнтів а₁, в₁, с₁

Коефіцієнт	Тип двигуна
карбюраторний	дизельний
а1	1,120	1,168
в1	0,580	0,670
с1	0,470	0,491

Результати розрахунків зводять у таблицю (див. табл. 2.9).

Таблиця 2.9 - Параметри швидкісної зовнішньої характеристики двигуна

ω і / ωN	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1*	1,2*
n і, об/хв
ω і,рад/с
N і кВт
М і, Н м
g і, г/(кВт год)

* - тільки для бензинових двигунів без обмежувача частоти обертів колінчастого валу.

За отриманими параметрами (табл.. 2.9) на координатно – масштабному папері будуються графіки швидкісної зовнішньої характеристики. Графіки можуть бути побудовані в координаті «об/хв» чи «рад/с».

Розрахована за емпіричними формулами та з використанням рекомендованих вище значень коефіцієнтів a, b та с швидкісна зовнішня характеристика карбюраторного двигуна або дизеля може відрізнятися, і іноді досить суттєво, від тієї реальної, яку отримують при випробуваннях двигуна на гальмівному стенді. Тому, якщо є можливість передбачити встановлення на автомобіль, що проектується, вже існуючого двигуна, доречно використати для подальших розрахунків його швидкісну характеристику за даними заводу-виробника. Ці характеристики наводяться у спеціальній літературі. Крім того, формули 2.36...2.38 не підходять для розрахунку швидкісних характеристик двигунів із впорскуванням бензину, оскільки ці характеристики мають складну форму, тому, обираючи для встановлення на автомобіль, що проектується, такий двигун, необхідно мати можливість використати його реальну швидкісну зовнішню характеристику.

Зразки швидкісних зовнішніх характеристик двигунів показані на рис.2.7.

	Рисунок 2.7 Швидкісні зовнішні характеристики двигунів:   а - карбюраторного двигуна легкового автомобіля (без обмежувача кутової швидкості колінчастого вала) (двигун ВАЗ-2106); б - карбюраторного двигуна вантажного автомобіля (з обмежувачем кутової швидкості колінчастого вала) (двигун ЗІЛ-508.10); в - дизеля вантажного автомобіля (з всережимним регулятором частоти обертання колінчастого вала) (двигун ЯМЗ-238); г - дизеля вантажного автомобіля (з всережимним регулятором частоти обертання колінчастого вала) (двигун IVECO); д- двигуна з впорскуванням бензину легкового автомобіля (без обмежувача кутової швидкості колінчастого вала) (двигун TOYOTA).

Дата добавления: 2014-11-25